Software & Systems

В настоящее время в связи с бурным проникновением локальных сетей (ЛС) ПЭВМ на рынок стран бывшего Союза возникает проблема выбора оптимальной ЛС для конкретного применения.

Выбор оборудования и программного обеспечения (ПО) ЛС ПЭВМ зависит от многих факторов, среди которых можно выделить следующие: совместимость со стандартами, легкость установки и использования, надежность, возможность выхода в другие сети, качество пользовательского интерфейса и, конечно, производительность (быстродействие).

Проблемы измерения производительности возникают как при выборе аппаратуры и программного обеспечения ЛС ПЭВМ, так и при определении оптимальной конфигурации уже установленной ЛС ПЭВМ.

Дело в том, что номинальная скорость передачи данных по каналу слабо отражает действительную производительность сети, которая может колебаться в значительном диапазоне и зависеть от многих факторов: количества пользователей, одновременно работающих в сети, характера решаемых в сети задач, используемого транспортного протокола, физической топологии сети и т.д.

Методы измерения производительности ЛС ПЭВМ

В настоящее время известны три метода измерения производительности ЛС: аналитическое моделирование, имитационное моделирование и измерение методом запуска контрольных задач (benchmarking).

Аналитическое моделирование применяется для получения производительности низших уровней сетевой модели физического и канала связи. Аналитическое моделирование позволяет получать сравнительные характеристики различных сетевых топологий (шина, звезда и кольцо), сред передачи (витая пара, коаксиальный кабель и оптоволокно) и методов доступа к среде (CSMA, token-ring и др.). Аналитические модели полных сетевых систем, включающие такие характеристики реального оборудования и ПО, как сетевые протоколы, файловые системы, используемые прикладные программы (приложения), не разработаны до сих пор ввиду большой сложности задачи.

С помощью имитационного моделирования возможно получить достаточно точные характеристики реальных сетевых систем с учетом таких показателей, как характеристики файловой системы, размеры буферов и алгоритмы работы ПО сервера и рабочих станций (PC), времени сборки-разборки пакетов и обнаружения ошибок, во взаимодействии с протоколом доступа к среде и средой передачи.

Однако имитационное моделирование требует детального знания всех характеристик моделируемых аппаратуры и ПО и обычно осуществляется только производителем ЛС.

Запуск контрольных задач является единственным доступным широким пользователям методом определения производительности конкретной сетевой системы. Данный метод основан на измерении производительности контрольного примера, запускаемого на одной из PC, на фоне работы на остальных PC специальных задач, имитирующих различные типы рабочей нагрузки в ЛС. Для измерения производительности должны использоваться задачи, имитирующие тот тип рабочей нагрузки, который будет определяющим на данной PC в данной ЛС ПЭВМ.

Типы рабочей нагрузки в ЛС ПЭВМ

В настоящее время достаточно четко определились основные классы задач, решаемых пользователями ПЭВМ в ЛС. К таким классам можно отнести обработку текстовых документов, работу с электронными таблицами, работу с базами данных в интерактивном и пакетном режимах, файловые операции (просмотр, копирование, перемещение, удаление файлов), файловый ввод-вывод, совместное решение задач в ЛС с большими объемами межзадачного трафика. Каждый пользователь ПЭВМ в ЛС может использовать несколько задач из различных классов, и одновременно в ЛС могут работать задачи различных классов. Рассмотрим имитационные программы для указанных классов задач.

Имитация обработки текстовых документов. Задачу имитации обработки текстовых документов можно решить с использованием одного из текстовых процессоров (например "MS-Word"), имеющих средства для написания программ-макросов- Предлагается следующий вариант программы: загрузка программы текстового процессора, загрузка файла размером 200-300 Кбайт, выполнение в течение 5 мин попеременно операций поиска-замены и блочных операций, печать полученного текста в файл, сохранение файла и выход из программы. Все это может быть реализовано в виде макрокоманды текстового процессора.

Имитация работы с электронными таблицами. Задачу имитации работы с электронными таблицами можно решить с использованием одного из табличных процессоров (например "Quattro Pro"), имеющих средства для написания программ-макросов. Предлагается следующий вариант программы: загрузка программы табличного процессора, загрузка файла размером 200-300 Кбайт, выполнение в течение 5 мин попеременно операций поиска замены, блочных операций, пересчета таблицы, печать полученного текста в файл, сохранение файла и выход из программы.

Имитация работы с базами данных. Задачу имитации работы с базами данных можно решить написанием программы на одном из языков управления базами данных компилирующего типа (например "Clipper" или "Clarion"). Необходимо, чтобы программа для имитации интерактивной работы случайным образом выбирала связанные записи из трех таблиц базы данных и отображала их на экране. Для каждой третьей записи должно осуществляться изменение 3-4 полей и сохранение измененной информации.

Программа для имитации пакетной работы должна производить выборку из трех таблиц базы данных и составлять отчет с вычислением промежуточных и суммарных значений по 3-4 полям.

Имитация файловых операций. Для имитации файловых операций составляется bat-файл, который колирует файл размером 1 Мбайт с рабочей станции на сервер, затем с сервера на сервер через память рабочей станции (например командой TYPE ААА.ТХТ > ВВВ.ТХТ), и затем удаляет все созданные файлы на сервере. Этот тест определяет эффективность сетевой ОС в перемещении больших объемов данных.

Имитация файлового ввода-вывода. Для имитации файлового ввода-вывода проще всего написать программу на одном из языков программирования (например "Turbo Basic"). Эта программа должна создать группу файлов на диске сервера, добавить данные в каждый из них по очереди и затем произвести серию операций чтения-записи по случайному закону.

Имитация межзадачного трафика. Для имитации межзадачного трафика предлагается создать программу, осуществляющую передачу файла размером 1 Мбайт с одной рабочей станции на другую рабочую станцию с использованием вызовов сетевых ОС "NetBIOS", "IPX/SPX IPC" и др.

Измерение производительности

Измерение производительности ЛС ПЭВМ необходимо в двух, достаточно различных случаях: получение характеристик производительности различных ЛС и сетевого ПО и настройка параметров уже установленной ЛС ПЭВМ с целью получения наивысшего быстродействия.

Решение первой задачи возможно только при создании специального испытательного стенда, состоящего из сервера и десяти рабочих станций. На таком стенде можно устанавливать различные ЛС и сетевое ПО и получать сравнительные характеристики их быстродействия.

Производительность должна измеряться на одной, "эталонной" PC путем запуска на ней описанных выше имитационных задач и измерения времени их выполнения. Одновременно с этим другие PC необходимо использовать для организации рабочей нагрузки путем запуска тех же имитационных задач. Путем комбинации различных типов рабочей нагрузки и типов задач, запускаемых на "эталонной" PC, можно получить характеристики производительности ЛС и сетевого ПО для различных типов задач при различной рабочей нагрузке. Для определения влияния изменений рабочей нагрузки на характеристики производительности измерения следует проводить при изменении числа "нагрузочных" PC от 1 до 10.

Для получения наивысшего быстродействия уже установленной ЛС необходимо определить основные типы рабочей загрузки для каждой из рабочих станций сети. После этого путем изменения характеристик ЛС необходимо добиваться наилучшего сочетания временных значений имитационных задач соответствующего типа, запущенных на PC.

Программные средства измерения производительности

В настоящее время, в связи с бурным проникновением на рынок стран СНГ ЛС ПЭВМ, явно обозначилась необходимость создания программных средств измерения производительности и испытательных центров, оснащенных таким ПО. Эта необходимость обусловлена следующими причинами.

Измерение производительности ЛС ПЭВМ проводится на Западе или фирмами, специализирующимися на испытаниях и тестировании аппаратного н программного обеспечения ПЭВМ (например фирмой Software Labs), или специальными отделами компьютерных изданий (Byte, Info World, PC Magazine и др.). Для таких испытаний используется, как правило, сетевая аппаратура наиболее известных и популярных фирм, в основном, американских. В нашей стране часто используется дешевая сетевая аппаратура малоизвестных на Западе фирм, по которой соответствующей информации нет. Да и существующая информация «о оценкам производительности ЛС ПЭВМ доходит к нам с большим трудом. Это первые две причины.

Третьей причиной является нарастающая интенсивность разработки ЛС ПЭВМ в нашей стране. Данные сети .привлекательны для отечественных пользователей дешевизной, _ поддержкой со стороны разработчиков и опорой на "родную" элементную базу. Оценки производительности таких сетей можно получить, только имея собственные средства измерения.

Примеры программ, используемых для измерения производительности. В приведенных ниже примерах показано типичное построение программных средств измерения производительности: одна и та же программа используется для организации загрузки ЛС и измерения производительности на одной из PC. Число PC, используемых для загрузки ЛС, должно увеличиваться в процессе испытаний. В этом случае можно проследить деградацию производительности ЛС при увеличении числа абонентов.

Программа N 1 имитирует постоянную активность в ЛС. В основном цикле программы (строки 60-200) производится запись-чтение строки постоянной длины, после чего вычисляется и выводится среднее значение и стандартное отклонение времени, прошедшего между операциями. Данная программа имитирует случай, когда несколько пользователей одновременно осуществляют доступ к ресурсам ЛС ПЭВМ. Такое происходит, например, утром, когда пользователи загружают свои программы и читают поступившую электронную почту, или в процессе разработки программ, когда несколько программистов одновременно запускают компиляцию своих программ.

Программа N 2 имитирует активность, возникающую при обработке транзакций. В таких случаях обычно время между транзакциями распределяется по нормальному закону. В данной программе среднее значение и стандартное отклонение времени между операциями задается перед началом работы.

Программа N 1: "постоянная активность"

10 REM CONST.BAS

20 REM

30 REM ......................................................................

40 GOSUB 220' подпрограмма инициализации

50 REM.................................... -------------------------

60 REM Основной цикл

70 REM TN номер транзакции

80 К ИМ DELT время, прошедшее с предыдущей транзакции

90 REM SX сумма времен между транзакциями 100 RcM SSX сумма квадратов времен между

транзакциями ПО REM VAR отклонение времени между транзакциями

120 REM ------------------------------------------------------

130 TN = TN+1

140 DELT = TIMER-PREV; PREV = T1MER

150 SX = DELT + SX: SSX = SSX + DELT'2

160 VAR = (TN*SSX-SX'2)/(TN*(TN-1))'

170 PRINT "транзакция:"; TN; " среднее:"; SX/TN; "

отклонение:"; VAR

180 PUT #1, 1 190 GET #1, I 200 GOTO 130

210 REM.......................................................................

220 REM Инициализация

230 REM N длина записи

240 REM DS серверный диск

250 REM FLNMS имя файла на сервере

260 REM PREV время предыдущей транзакции

270 REM QQS строка для записи на диск

280 REM ......................................................................

290 KEY (l)ON

300 ON KEY (1) GOSUB 420' остановить выполнение

310 REM

320 INPUT "Введите длину записи; ", N

330 INPUT "Введите серверный диск: ", DS

340 PRINT "Нажмите F1 для остановки"

350 FLNMS = DS + ":junk"

360 OPEN "r", 1, FLNMS, N

370 FIELD #1, N AS QS

380 QQS = STRINGS (N, "q")

390 LSET OS = QQS

400 PREV = T1MER'

410 RETURN

420 END'

Программа N 2: "обработка транзакций"

10 REM NORM.BAS

20 REM.......................................................................

30 GOSUB 500' подпрограмма инициализации

40 REM.......................................................................

50 REM основная программа

60 REM DEL время до следующего сетевого события

70 REM NXT время следующего события

80 REM TN номер транзакции

90 REM ......................................................................

100 GOSUB 310' в Z - случайное значение

ПО DEL = М + SD-Z

120 NXT = TIMER+DEL

130 TN = TN+ 1

140 PRINT 'Транзакция"; TN; "в"; DEL; " секунд."

150 IF TIMER < NXT THEN 150

160 GOSUB 200'

170 GOTO 100

180 REM .....................................................................

190 REM

200 OPEN "r", 1, FLNMS, N

210 FIELD #1,N AS QS

220 LSET QS = QQS

230 PUT #1, 1

240 GET # 1, 1

250 CLOSE #1

260 RETURN

270 REM.......................................... -..........................

280 REM Эта подпрограмма возвращает случайное

значение в Z 290 REM 310IFTOGGLE= I THEN Z = Z2; TOGGLE = 0 :

RETURN

320 TOGGLE = I: S = l 330 WHILE = 1) 340 R1 = 2*RND-1 350 R2 = 2*RND-1 360 S = R1"2 + R2"2 370 WEND

380 S = SQR(-2'LOG(S)/S) 390 Z = S'R1:Z2=S'R2 400 RETURN

410 REM .....................................................................

420 REM Инициализация:

430 REM M среднее время между сетевыми событиями

440 REM SD стандартное отклонение времение между

событиями

450 REM N длина записи 460 REM DS серверный диск 470 REM FLNMS имя файла на сервере 480 REM QQS строка для записи на диск

490 REM................................ -....................................

500 KEY (I) ON

510 ON KEY (1) GOSUB 630' остановить выполнение

520 REM

530 RANDOMIZE TIMER

540 INPUT "Введите среднее время: ", M

550 INPUT "Введите стандартное отклонение: "SD

560 REM

570 INPUT "введите длину записи; ", N

580 INPUT "Введите серверный диск: ", DS

590 FLNMS = DS + "Junk"

600 QQS = STRINGS (N, "q")

610 PRINT: PRINT "Нажмите Fl для остановки"

620 RETURN

630 END1

Измерение производительности с помощью программы "Norton System Info (SI)"

Наиболее простым и известным из всех доступных отечественным пользователям средств для измерения производительности ЛС ПЭВМ является программа "System Info" из пакета "Norton Utilities".

Несмотря на ее очевидные недостатки, главным из которых является конкретный, к тому же скрытый от пользователя, тип загрузки (операции чтения-записи), полученные с использованием данной программы результаты заслуживают внимания.

Сети типа "ETHERNET"

Конфигурация Е.1

Рабочая станция: - IBM PC AT (12 МГц) Адаптеры: - "DE-100" (8 бит) - для рабочей

станции с драйвером производства фирмы D-

Link

- "Etherboard" (16 бит) - для сервера Сервер: - IBM PC AT/386 (25 МГц) ОС: - "Novell Netware 3.1"

Конфигурация Е.4

Рабочая станция: - "IBM PC AT (12 МГц)"

Адаптеры: - "Gateway/Ethernet" (8 бит) -для рабочей станции с драйвером производства фирмы Gateway

- "Gateway/Ethernet" (8 бит) - для сервера

Сервер: - "IBM PC AT/386 (25 МГц) Compaq"

ОС: - "Advanced Novell NetWare 2.15"

Конфигурация Е.2

С адаптером "DE-100", но с использованием "IPX" для адаптера "NE1000" характеристики данной сети значительно ухудшились (рис.2):

Конфигурация Е.З

При использовании в качестве сервера ПЭВМ типа IBM PC AT с 16-битным адаптером и сетевой операционной системой "Advanced Novell NetWare 2.15" были получены следующие характеристики (Рис.3):

Снижение производительности по сравнению с предыдущим вариантом произошло, видимо, из-за использования для файл-сервера 8-битного сетевого адаптера.

Конфигурация Е.5

Рабочая станция: - "IBM PC AT/386 (20 МГц)

Адаптеры: - "ЗС501" (8 бит) - для рабочей станции с драйвером производства фирмы 3COM

- "ЗС501" (8 бит) - для сервера

Сервер; - "IBM PC AT/386 (25 МГц) ALR"

ОС: - "Advanced Novell NetWare 2-15"

Конфигурация Е.6

Рабочая станция: - "IBM PC AT (12 МГц)

Адаптеры: - "DE-100" (8 бит) - для рабочей станции с драйвером производства фирмы D-Link - "DE-100" (8 бит) - для сервера

Сервер: - "IBM PC AT" (16 МГц), невыделенный

ОС: - "Advanced Novell NetWare 2.15" , Одна станция в сети, сервер в режиме "NetWare"

Встречный тест двух станций, сервер в режиме "NetWare"

Сеть типа "TOKEN-RING"

Конфигурация Т.1

Рабочая станция: - "IBM PS/2 model SO" (20 МГц)

Адаптеры: - "TRN 16 бит" - для рабочей станции с драйвером производства фирмы Novell

- "TRN 16 бит" - для сервера

Сервер: - "IBM PS/2 model 80"

ОС: - " Novell NetWare 3.1"

Необходимо отметить, что при подключении к сети 4, а затем 6 машин, производительность уменьшалась в среднем на 2 Кбит/с на каждую машину.

Конфигурация Т.2

Рабочая станция: - "IBM PC AT" (12 МГц) Адаптеры: - "WD TRN" (8 бит) - для рабочей станции с драйвером производства фирмы WD - "WD TRN" (8 бит) - для сервера Сервер: - "IBM PC AT" (12 МГц) ОС: - "IBM PC Lan Programm v.1.20"

тельность по сравнению с ОС типа "NetWare" снизилась в среднем ка 1/3.

Сети типа "ARCNET"

Конфигурация АЛ

Рабочая станция: - "IBM PC AT" (12 МГц) Адаптеры: - "ANET-1" (8 бит) - для рабочей станции с драйвером производства фирмы СОМРЕХ

- "ANET-1" (8 бит) - для сервера Сервер: - "IBM PC AT" (12 МГц) ОС: - "Advanced Novell NetWare 2.15"

- "SMC PC500FS" (16 бит) - для сервера Сервер: - "IBM PC AT" (16 МГц) ОС: - "Advanced Novell NetWare 2.15"

Конфигурация А.4

Рабочая станция: - "IBM PC AT" (12 МГц) Адаптеры: - "SMC PC500WS" (16 бит) - для

рабочей станции с драйвером производства

фирмы SMC

- "SMC PC500FS" (16 бит) - для сервера Сервер: - "IBM PC AT" (16 МГц) ОС: - "Advanced Novell NetWare 2.15"

Конфигурация А.2

При использовании файл-сервера типа "IBM PC AT/386" (20 МГц) и адаптера "ANET-16-1" (16 бит) скорость работы системы возросла (рис.14):

Конфигурация А.З

Рабочая станция: - "IBM PC AT" (12 МГц) Адаптеры: - "SMC PC130" (8 бит) - для рабочей станции с драйвером производства фирмы SMC

Приведенные в статье положения о методе запуска контрольных задач в настоящее время частично реализованы и в совокупности с другими методами объединяются в автоматизированную информационную систему тестирования (АИСТ). Разработка данной системы позволит достаточно квалифицированно давать оценки и сертифицировать ЛС, разрабатываемые в России.